Users' Mathboxes Mathbox for metakunt < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  lcmineqlem2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lcmineqlem2 42483
Description: Part of lcm inequality lemma, this part eventually shows that F times the least common multiple of 1 to n is an integer. (Contributed by metakunt, 29-Apr-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
lcmineqlem2.1 𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · ((1 − 𝑥)↑(𝑁𝑀))) d𝑥
lcmineqlem2.2 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
lcmineqlem2.3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
lcmineqlem2.4 (𝜑𝑀𝑁)
Assertion
Ref Expression
lcmineqlem2 (𝜑𝐹 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑀,𝑥   𝑘,𝑁,𝑥   𝜑,𝑘,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐹(𝑥,𝑘)

Proof of Theorem lcmineqlem2
StepHypRef Expression
1 lcmineqlem2.1 . . 3 𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · ((1 − 𝑥)↑(𝑁𝑀))) d𝑥
2 lcmineqlem2.2 . . 3 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
3 lcmineqlem2.3 . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
4 lcmineqlem2.4 . . 3 (𝜑𝑀𝑁)
51, 2, 3, 4lcmineqlem1 42482 . 2 (𝜑𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (𝑥𝑘))) d𝑥)
6 eqid 2737 . . 3 (0[,]1) = (0[,]1)
7 fzfid 13926 . . 3 (𝜑 → (0...(𝑁𝑀)) ∈ Fin)
8 0red 11138 . . 3 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
9 1red 11136 . . 3 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
10 unitsscn 13444 . . . . 5 (0[,]1) ⊆ ℂ
11 resmpt 5996 . . . . 5 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))))
1210, 11ax-mp 5 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1)))
13 nnm1nn0 12469 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
14 expcncf 24903 . . . . 5 ((𝑀 − 1) ∈ ℕ0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
15 rescncf 24874 . . . . . 6 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ)))
1610, 15ax-mp 5 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
173, 13, 14, 164syl 19 . . . 4 (𝜑 → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
1812, 17eqeltrrid 2842 . . 3 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
19 elfznn0 13565 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
20 neg1cn 12135 . . . . . . 7 -1 ∈ ℂ
21 expcl 14032 . . . . . . 7 ((-1 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2220, 21mpan 691 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2319, 22syl 17 . . . . 5 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2423adantl 481 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
253nnnn0d 12489 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
262nnnn0d 12489 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
27 nn0sub 12478 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀𝑁 ↔ (𝑁𝑀) ∈ ℕ0))
2825, 26, 27syl2anc 585 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑀𝑁 ↔ (𝑁𝑀) ∈ ℕ0))
294, 28mpbid 232 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁𝑀) ∈ ℕ0)
30 nn0z 12539 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ)
3119, 30syl 17 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℤ)
32 bccl 14275 . . . . . . 7 (((𝑁𝑀) ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3331, 32sylan2 594 . . . . . 6 (((𝑁𝑀) ∈ ℕ0𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3429, 33sylan 581 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3534nn0cnd 12491 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℂ)
3624, 35mulcld 11156 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) ∈ ℂ)
37 resmpt 5996 . . . . . 6 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)))
3810, 37ax-mp 5 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘))
39 expcncf 24903 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
4019, 39syl 17 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
41 rescncf 24874 . . . . . . 7 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ)))
4210, 41ax-mp 5 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4340, 42syl 17 . . . . 5 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4438, 43eqeltrrid 2842 . . . 4 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4544adantl 481 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
466, 7, 8, 9, 18, 36, 453factsumint 42478 . 2 (𝜑 → ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (𝑥𝑘))) d𝑥 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
475, 46eqtrd 2772 1 (𝜑𝐹 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395   = wceq 1542  wcel 2114  wss 3890   class class class wbr 5086  cmpt 5167  cres 5626  (class class class)co 7360  cc 11027  0cc0 11029  1c1 11030   · cmul 11034  cle 11171  cmin 11368  -cneg 11369  cn 12165  0cn0 12428  cz 12515  [,]cicc 13292  ...cfz 13452  cexp 14014  Ccbc 14255  Σcsu 15639  cnccncf 24853  citg 25595
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-inf2 9553  ax-cc 10348  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106  ax-pre-sup 11107  ax-addf 11108
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-tp 4573  df-op 4575  df-uni 4852  df-int 4891  df-iun 4936  df-iin 4937  df-disj 5054  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-se 5578  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-isom 6501  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-of 7624  df-ofr 7625  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-supp 8104  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-1o 8398  df-2o 8399  df-oadd 8402  df-omul 8403  df-er 8636  df-map 8768  df-pm 8769  df-ixp 8839  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-fin 8890  df-fsupp 9268  df-fi 9317  df-sup 9348  df-inf 9349  df-oi 9418  df-dju 9816  df-card 9854  df-acn 9857  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-div 11799  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-4 12237  df-5 12238  df-6 12239  df-7 12240  df-8 12241  df-9 12242  df-n0 12429  df-z 12516  df-dec 12636  df-uz 12780  df-q 12890  df-rp 12934  df-xneg 13054  df-xadd 13055  df-xmul 13056  df-ioo 13293  df-ioc 13294  df-ico 13295  df-icc 13296  df-fz 13453  df-fzo 13600  df-fl 13742  df-mod 13820  df-seq 13955  df-exp 14015  df-fac 14227  df-bc 14256  df-hash 14284  df-cj 15052  df-re 15053  df-im 15054  df-sqrt 15188  df-abs 15189  df-limsup 15424  df-clim 15441  df-rlim 15442  df-sum 15640  df-struct 17108  df-sets 17125  df-slot 17143  df-ndx 17155  df-base 17171  df-ress 17192  df-plusg 17224  df-mulr 17225  df-starv 17226  df-sca 17227  df-vsca 17228  df-ip 17229  df-tset 17230  df-ple 17231  df-ds 17233  df-unif 17234  df-hom 17235  df-cco 17236  df-rest 17376  df-topn 17377  df-0g 17395  df-gsum 17396  df-topgen 17397  df-pt 17398  df-prds 17401  df-xrs 17457  df-qtop 17462  df-imas 17463  df-xps 17465  df-mre 17539  df-mrc 17540  df-acs 17542  df-mgm 18599  df-sgrp 18678  df-mnd 18694  df-submnd 18743  df-mulg 19035  df-cntz 19283  df-cmn 19748  df-psmet 21336  df-xmet 21337  df-met 21338  df-bl 21339  df-mopn 21340  df-cnfld 21345  df-top 22869  df-topon 22886  df-topsp 22908  df-bases 22921  df-cn 23202  df-cnp 23203  df-cmp 23362  df-tx 23537  df-hmeo 23730  df-xms 24295  df-ms 24296  df-tms 24297  df-cncf 24855  df-ovol 25441  df-vol 25442  df-mbf 25596  df-itg1 25597  df-itg2 25598  df-ibl 25599  df-itg 25600  df-0p 25647
This theorem is referenced by:  lcmineqlem3  42484
  Copyright terms: Public domain W3C validator